Вне сети -grid или off-grid - это характеристика зданий и образа жизни, спроектированных независимо, без зависимости от одной или нескольких коммунальных служб. Термин «вне сети» традиционно относится к отсутствию подключения к электрической сети, но может также включать в себя другие коммунальные услуги, такие как водопровод, газ и канализационные системы, и может масштабироваться от жилых домов до небольших населенных пунктов.. Жить вне сети позволяет зданиям и людям быть самодостаточными, что выгодно в изолированных местах, куда не могут добраться обычные коммунальные службы, и привлекательно для тех, кто хочет снизить воздействие на окружающую среду и снизить стоимость жизни. Как правило, автономное здание должно иметь возможность обеспечивать себя энергией и питьевой водой, а также управлять пищевыми продуктами, отходами и сточными водами.
Энергия для электроэнергии и отопления может вырабатываться на месте с помощью возобновляемых источников энергии, таких как солнечная (в частности, фотоэлектрическая энергия ), ветер или микрогидравлический. Дополнительные формы энергии включают биомассу, обычно в виде древесины, отходов и спиртового топлива, а также геотермальную энергию, которая использует разницу между температурой под землей и обычным внутренним воздухом в зданиях. Можно просто отказаться от электроэнергии, как, например, в общинах амишей старого порядка и меннонитов старого порядка.
Подключенные к сети здания получают электроэнергию от электростанций, которые в основном используют природные ресурсы, такие как уголь и природный газ, в качестве энергии для преобразования в электрическую энергию. Разбивка мировых источников энергии в 2017 году показывает, что земной шар, в основном зависящий от электросети, использует большую часть невозобновляемых источников энергии, в то время как популярные возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра, составляют небольшую часть. При отключении от электросети, например, в Африке, где 55% людей не имеют доступа к электричеству, здания и дома должны использовать в своих интересах возобновляемые источники энергии вокруг них, потому что они наиболее распространены и позволяют достичь самообеспеченности.
Солнечная фотоэлектрическая система (PV), в которой используется энергия солнца, является одним из самых популярных энергетических решений для внесетевых зданий. Фотоэлектрические батареи (солнечные панели) позволяют преобразовывать энергию солнца в электрическую. PV зависит от солнечного излучения и температуры окружающей среды. Другие компоненты, необходимые в фотоэлектрической системе, включают контроллеры заряда, инверторы и средства быстрого отключения.
Другим популярным источником внесетевой энергии является энергия ветра, используемая ветряными турбинами. Компоненты ветряных турбин состоят из лопастей, которые толкаются ветром, редукторов, контроллеров, генераторов, тормозов и башни. Количество механической энергии, захваченной ветряной турбиной, зависит от скорости ветра, плотности воздуха, площади вращения лопастей и аэродинамического коэффициента мощности турбины.
Где воды много, гидроэнергетика - многообещающее энергетическое решение. Крупномасштабная гидроэнергетика включает плотину и водохранилище, а малая микрогидроэнергетика может использовать турбины в реках с постоянным уровнем воды. Микрогидроэнергетика имеет потенциал для электроснабжения домов и небольших населенных пунктов, что делает их отличным вариантом для автономного использования. Количество генерируемой механической энергии зависит от расхода потока, размера турбины, плотности воды и коэффициента мощности, как и у ветряных турбин. Энергия волн и приливов также может обеспечивать энергией прибрежные районы.
Когда возобновляемые источники энергии производят энергию, которая в настоящее время не требуется, электрическая энергия обычно направляется на зарядку батареи. Это решает проблемы перемежаемости, вызванные непостоянным производством возобновляемых источников энергии, и позволяет варьировать нагрузку на здания. Обычные батареи включают свинцово-кислотную батарею и литий-ионную батарею.
Чтобы защитить себя от проблем с перебоями в работе и сбоев системы, многие автономные сообщества создают гибридные энергетические системы. Они сочетают в себе традиционные возобновляемые источники энергии, такие как солнечные фотоэлектрические системы и ветер, с более постоянными источниками энергии, такими как микрогидроэнергетика, батареи или даже дизельные генераторы. Это может быть дешевле и эффективнее, чем расширение или обслуживание сетей в изолированных сообществах.
Вода является важнейшим фактором в автономной среде, которую необходимо собирать, использовать, и утилизировать эффективно, чтобы использовать окружающую среду. Есть много способов подачи воды для домашнего использования, которые различаются в зависимости от местного доступа и предпочтений.
Близлежащие ручьи, пруды, реки и озера - легкие точки доступа к пресной воде. Океаны также можно рассматривать при правильном опреснении.
Этот традиционный метод включает в себя выкапывание грунта до тех мест, где есть вода в большом количестве, обычно до уровня грунтовых вод или водоносного горизонта, и поднятие ее вверх для использования или сбора в источниках, где подземные воды выходят на поверхность. Системы подачи подземных вод в здания включают насосы с ветровым и солнечным приводом или ручные насосы. Вода из колодца должна проверяться на регулярной основе и при изменении вкуса, запаха или внешнего вида воды, чтобы гарантировать ее качество.
Эта система зависит от погоды для обеспечения водой. Системы водосбора спроектированы с учетом потребности пользователей в воде и местных характеристик осадков. Дождевая вода обычно направляется с крыши здания в резервуары для воды, где вода хранится до тех пор, пока она не понадобится.
Другой, менее самодостаточный метод заключается в доставке большого количества чистой воды на место, где она хранится. Эта система основана на доступе к чистой питьевой воде в другом месте и транспортировке на объект, не подключенный к электросети.
Откуда бы ни поступала вода, ее следует безопасно пить и использовать в помещении. Для решения различных проблем с качеством воды доступны разные стратегии очистки воды.
Физический барьер пропускает воду и блокирует загрязнения в воде и, если фильтр достаточно тонкий, может отфильтровывать биологические загрязнители.
Для дезинфекции воды вводятся хлор, диоксид хлора и озон, убивающие микроорганизмы.
В УФ-системе используются лампы, которые испускать ультрафиолетовый свет в фильтрованную воду, чтобы убить все типы вирусов, бактерий и простейших.
Менее типичный подход, это включает подачу тока к воде с небольшим содержанием соли раствор добавлен для дезинфекции биологических загрязнителей. В сочетании с фильтрацией это средство обеспечения безопасной питьевой воды.
Некоторые грунтовые воды могут иметь высокий уровень солености и могут быть непитьевыми, что устраняется путем дистилляции. Прибрежные сообщества могут извлечь выгоду, получая воду из океана с помощью опреснительных установок, удаляющих соль.
Присутствие в воде определенных минералов приводит к образованию жесткой воды, которая со временем может забивать трубы, мешать действию мыла и моющих средств, а также может оставлять пену на стеклах и посуде. Системы умягчения воды вводят ионы натрия и калия, которые вызывают осаждение твердых минералов.
В зданиях, не подключенных к электросети, необходимо эффективное использование воды для предотвращения запасы воды не иссякают. Хотя это, в конечном счете, зависит от привычки, меры включают в себя приспособления с низким расходом для смесителей, душевых лейок и туалетов, которые уменьшают расход смесителей или объем воды на один смыв, чтобы уменьшить общее количество используемой воды. Воду можно удалить из туалетов за счет использования туалета для компостирования. Автоматические детекторы утечек и закрытие кранов могут сократить количество потерянной воды. Переработка серой воды может дополнительно сэкономить воду за счет повторного использования воды из кранов, душевых, посудомоечных и стиральных машин. Это достигается за счет хранения и очистки серой воды, которую затем можно повторно использовать в качестве источника непитьевой воды.
Если автономный дом не подключен к канализационной системе, необходимо также включить систему сточных вод. Управление сточными водами на объекте обычно осуществляется путем хранения и выщелачивания. Это включает хранение серой воды и черной воды в септическом резервуаре или аэротенке для обработки, который соединен с полем выщелачивания, которое позволяет воде медленно просачиваться в землю. Хотя также доступны более дорогие варианты очистки сточных вод, это распространенный надежный способ утилизации сточных вод без загрязнения окружающей среды,
Поскольку автономные здания и сообщества в основном полагаются на возобновляемые источники энергии, жизнь вне сети, как правило, благоприятна для окружающей среды с небольшим негативным воздействием. Гибридные энергетические системы также предоставляют сообществам устойчивый способ жить без зависимости и затрат, связанных с подключением к общественной инфраструктуре, которая может быть ненадежной в развивающихся странах. Как правило, отдельные проблемы воздействия на окружающую среду связаны с использованием дизельных генераторов, которые производят парниковые газы, аккумуляторов, которые используют много ресурсов для производства и могут быть опасными, и загрязнения окружающей среды твердыми отходами и сточными водами. Благоразумно отметить, что, хотя приведенные ниже опасения касаются негативного воздействия на окружающую среду, отключение от сети в целом является жизнеспособным вариантом, помогающим снизить воздействие на окружающую среду при замене подключенных к сети зданий, которые способствуют глобальному потеплению и изменению климата.
В Канаде насчитывается около 175 коренных и северных автономных сообществ, определяемых как «сообщество, которое не подключено ни к электросети Северной Америки, ни к трубопроводная сеть природного газа; она постоянная или долгосрочная (5 лет и более), и в поселениях есть не менее 10 постоянных зданий ". Отдел по делам аборигенов и северное развитие Канады перечисляет следующие экологические проблемы для этих автономные сообщества:
Воздействие на окружающую среду систем, используемых в автономных зданиях, также необходимо учитывать из-за воплощенной энергии, воплощенного углерода, выбора и источника материалов, которые могут способствовать решению мировых проблем. таких как изменение климата, загрязнение воздуха, воды и почвы, ресурсы e истощение и многое другое.
Концепция устойчивого Off-grid сообщество должно учитывать основные потребности всех, кто живет в сообществе. Чтобы стать по-настоящему самодостаточным, общине потребуется обеспечить все свое электроэнергией, едой, кровом и водой. Использование возобновляемых источников энергии, местного источника воды, устойчивого сельского хозяйства и вертикального земледелия имеет первостепенное значение для отключения сообщества от электросети.. Недавний концептуальный проект Эрика Вичмана показывает многосемейное сообщество, которое объединяет все эти технологии в один самодостаточный район. Чтобы расширить сообщество, вы просто добавляете районы, используя ту же модель, что и первая. Самостоятельное сообщество снижает свое воздействие на окружающую среду, контролируя отходы и углеродный след.
В ситуациях, когда паритет сети имеет достигнуто, становится дешевле производить собственное электричество, чем покупать его из сети. Это зависит от стоимости оборудования, наличия возобновляемых источников энергии и стоимости подключения к сети. Например, в некоторых отдаленных районах подключение к сети будет чрезмерно дорогим, что приведет к немедленному достижению паритета сети.
Это часто делается с жилыми зданиями, которые используются только изредка, например в домиках для отдыха, чтобы избежать высоких первоначальных затрат на традиционные подключения к инженерным сетям. Другие люди предпочитают жить в домах, где стоимость внешних коммунальных услуг непомерно высока или находится на таком расстоянии, что это непрактично. В своей книге «Как жить вне сети» Ник Розен перечисляет семь причин выхода из сети. Двое лучших экономят деньги и сокращают углеродный след. Среди других - выжившие, готовящиеся к краху нефтяной экономики и возвращающие жизнь в сельскую местность.
Надежные централизованные системы электроснабжения обеспечили постоянство поставок, что укрепило общества и их экономику. Электричество предоставляет возможности для повышения производительности, обучения и гигиенических конечных целей в домашних условиях, таких как приготовление пищи без использования загрязняющих источников топлива биомассы, но по состоянию на 2016 год 20 процентов людей во всем мире жили без него. Предполагается, что для преодоления разрыва между нынешним дефицитом электроснабжения и универсальным доступом потребуется 17 триллионов долларов США и 30 лет даже при строгом соблюдении графика. Исследователи утверждают, что отсутствие централизованной энергетической инфраструктуры может привести к низкой устойчивости к ущербу для производительности и собственности в результате изменения климата и суровой погоды. Кроме того, преимущества централизованного производства и распределения электроэнергии уменьшаются в связи с ухудшением климата из-за выработки электроэнергии на ископаемом топливе, уязвимости к экстремальным погодным явлениям и электронным манипуляциям, а также все более сложным процессам проектирования и регулирования.
Децентрализация., внесетевые энергосистемы могут стать устойчивой промежуточной альтернативой расширению национальных сетей для сельских потребителей. Те, кто использует ограниченную автономную мощность в качестве ступеньки к возможному доступу к сети, могут накапливать энергоэффективные знания, поведение и продукты, которые обеспечивают дополнительную отказоустойчивость, в то время как сетевые сети повышают надежность и углеродную нейтральность. Однако предоставление электроэнергии из внесетевых источников сельским пользователям без обучения и обучения ее использованию и приложениям может привести к недостаточному использованию электроэнергии. Чтобы противодействовать этой возможности, автономные системы должны отражать культурные структуры, ценности и нравы принимающих сообществ.
Автономные электрические системы могут обеспечивать энергией отдельные жилые дома или сообщества, связанные в общую структуру, известную как микросетка. Кроме того, они могут работать от возобновляемых источников энергии или от традиционных ископаемых видов топлива. В Кении в поселке Мпекетони в 1994 году началось осуществление проекта создания микросетей с дизельным двигателем (проект Mpeketoni Electricity [MEP]) с затратами примерно в 40 000 долларов США, который в конечном итоге вырос до 105 жилых домов и 116 коммерческих, образовательных, правительственные и медицинские здания. MEP продемонстрировал непредвиденные эффекты спроса и предложения, когда ремесленники, использующие инструменты, работающие на электричестве MEP, увеличили свою производительность настолько, чтобы вызвать обесценивание своих товаров, что привело к снижению их цен; однако более высокие объемы продаж в конечном итоге компенсировали эти потери. Электроэнергия МООС способствовала холодному хранению сельскохозяйственной продукции в дополнение к откачке скважин, что позволяло студентам, которые раньше тратили несколько часов в день за водой, проводить это время на занятиях вечером при электрическом освещении. Электроэнергия, предоставленная МООС, также увеличила продолжительность обучения и санитарии в местных школах за счет электрического освещения и откачки воды. Автономный проект МООС принес многочисленные прямые и косвенные выгоды для членов сообщества, и поскольку МООС сделал упор на продвижение использования электроэнергии, а у сообщества была возможность оплачивать ее использование по номинальной ставке, в рамках проекта было достигнуто 94-процентное возмещение затрат. первые десять лет работы.
После публикации книги "Off the Grid, Inside the Movement for More Space, меньше правительства и подлинной независимости" вспыхнула волна телешоу и статей. в современной Америке »Ника Розена в 2010 году.
Эта идея недавно была популяризирована некоторыми знаменитостями, включая Эд Бегли-младший, который играет главную роль в Жизнь с Эдом телешоу в сети Home Garden Television (HGTV). Актриса Дэрил Ханна продвигает жизнь вне сети и построила свой дом в Колорадо в соответствии с этими принципами, как это делает эксперт по выживанию и Двойное выживание со-звездой Коди Ландин, который живет в спроектированном самим собой пассивном солнечном земном доме в высокогорной пустыне Северной Аризоны, собирает дождевую воду, компостирует отходы и ничего не платит за коммунальные услуги.
Незавершенная система ветрогенераторов своими руками
Солнечная фотоэлектрическая система
Схема активной солнечной системы отопления
Система теплового насоса HVAC
Очистные пруды могут использоваться для питательная вода
Накопление тепла и холода может быть объединено с тепловыми насосами для использования в теплице или для обогрева самого дома